JPWO2018003547A1 - Heat conduction sheet and secondary battery pack using the same - Google Patents
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Abstract
電池セルの一面から直交する別の面にかけて容易に貼り合わせすることができる熱伝導シートを提供することを目的としている。グラファイトシート(12)全体を絶縁シート(13)で挟んで封止した熱伝導シート(11)である。グラファイトシート(12)には複数個の切り欠き部(14)が直線状に並んで配置されており、この切り欠き部(14)の領域で熱伝導シート(11)を折り曲げることにより、電池セルの一面から直交する別の面にかけて貼り合わせすることができるようにしたものである。It is an object of the present invention to provide a thermally conductive sheet which can be easily bonded from one surface of a battery cell to another surface orthogonal to the surface. It is a heat conductive sheet (11) sealed by sandwiching the entire graphite sheet (12) with an insulating sheet (13). A plurality of notches (14) are linearly arranged in the graphite sheet (12), and the battery cell is formed by bending the heat conductive sheet (11) in the area of the notches (14). It is made to be able to bond from one side to another orthogonal side.
Description
本開示は、リチウムイオン二次電池等に用いられる熱伝導シートおよびこれを用いた電池パックに関するものである。 The present disclosure relates to a heat conductive sheet used for a lithium ion secondary battery and the like, and a battery pack using the same.
各種機器にリチウムイオン二次電池が搭載されるようになり、その電流容量も大きくなってきている。リチウムイオン二次電池が大電流化されるとともに、リチウムイオン二次電池の熱対策の重要性が益々大きくなってきている。リチウムイオン二次電池は通常、複数の電池セルを接続して電池モジュールとして使われている。リチウムイオン二次電池の電池セルの内部における温度差が大きくなる、あるいは複数の電池セルの間の温度差が大きくなると、リチウムイオン二次電池の劣化が進みやすくなる。そのため、リチウムイオン二次電池の劣化を防止するために、電池セルにおける均熱化の対策が重要となる。そのため、多くの技術は、電池モジュール内に熱伝導体を配置して電池セルを均熱化している。この熱伝導体としてグラファイトシートを用いることが行われている。 Lithium ion secondary batteries have come to be mounted on various devices, and their current capacities have also increased. As the current of lithium ion secondary batteries increases, the importance of heat countermeasures for lithium ion secondary batteries is becoming increasingly important. A lithium ion secondary battery is usually used as a battery module by connecting a plurality of battery cells. When the temperature difference inside the battery cell of the lithium ion secondary battery becomes large or the temperature difference between the plurality of battery cells becomes large, the deterioration of the lithium ion secondary battery tends to proceed. Therefore, in order to prevent the deterioration of the lithium ion secondary battery, it is important to take measures against soaking in the battery cell. Therefore, many techniques arrange a heat conductor in the battery module to equalize the temperature of the battery cell. It is practiced to use a graphite sheet as this heat conductor.
なお、この技術に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。 For example, Patent Document 1 is known as prior art document information related to this technology.
熱伝導体を用いる場合、効率的に熱を運ぶためには発熱体に接する面に粘着材を設けて、発熱体に密着させることが望ましい。熱伝導体を携帯電話のような小さな電子機器に用いる場合、グラファイトシートも小さいため、貼り合わせるのに問題はない。しかし、熱伝導体を車載用の電池セル等大きなものに貼り合わせる場合、グラファイトシートも大面積のものを用いる必要がある。また、電池セルの温度を均一化するだけであれば、最も面積の大きい側面のみに熱伝導シートを貼り合わせるだけでよい。一方、電池セルの温度を下げようとすると、この側面から筐体に接する面、例えば底面等に熱伝導シートを伸ばすことが望ましい。グラファイトシートは導電性がある。そのため、通常グラファイトシートの両面に絶縁シートを貼り合わせ、この絶縁シートを貼り合わせたグラファイトシートを熱伝導シートとして用いる。このように両面に絶縁シートを貼り合わせたグラファイシートは曲げにくくなるため、電池セルの一面から直角をなす別の面にかけて貼り合わせしようとすると、角部で膨れてしまう等貼り合わせることが難しい。 When a heat conductor is used, it is desirable to provide an adhesive on the surface in contact with the heat generating body to bring it into close contact with the heat generating body in order to efficiently transfer heat. When the heat conductor is used in a small electronic device such as a mobile phone, the graphite sheet is also small, so there is no problem in bonding. However, in the case where the heat conductor is attached to a large one such as a battery cell for vehicles, it is necessary to use a graphite sheet having a large area. Further, in order to make the temperature of the battery cell uniform, it is sufficient to bond the heat conductive sheet only to the side surface having the largest area. On the other hand, in order to lower the temperature of the battery cell, it is desirable to extend the heat conductive sheet from the side surface to a surface in contact with the casing, such as the bottom surface. Graphite sheets are conductive. Therefore, an insulation sheet is usually pasted together on both sides of a graphite sheet, and the graphite sheet which pasted this insulation sheet is used as a heat conduction sheet. Thus, since it becomes difficult to bend the graphite sheet having the insulating sheets bonded on both sides, when bonding is attempted from one surface of the battery cell to another surface perpendicular to the surface, it is difficult to perform bonding such as swelling at corner portions.
本開示は上記課題を解決するために、グラファイトシートの全体を絶縁シートで挟んで封止した熱伝導シートであって、グラファイトシートには複数個の切り欠き部が直線状に並んで配置されているようにしたものである。 The present disclosure is a thermally conductive sheet in which the whole of a graphite sheet is sandwiched and sealed by an insulating sheet in order to solve the above-mentioned problems, and a plurality of notches are linearly arranged in the graphite sheet. It is something that
このようにすることにより、熱伝導シートを切り欠き部の領域で簡単に折り曲げることができ、電池セルの側面から底面にかけて熱伝導シートを容易に貼り合わせることができる。 By doing so, the heat conductive sheet can be easily bent in the area of the notch, and the heat conductive sheet can be easily bonded from the side surface to the bottom surface of the battery cell.
(第1の実施形態)
以下、本開示の第1の実施形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。First Embodiment
Hereinafter, the heat conductive sheet in the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は本開示の第1の実施の形態における熱伝導シート11の上面図である。図2は、図1に示す熱伝導シート11の、II−II線に沿って紙面に垂直な面で切った断面図である。また、図3は、図1に示す熱伝導シート11の、III−III線に沿って紙面に垂直な面で切った断面図である。II−II線は、複数の切り欠き部14を含む、切り欠き部14の配列方向に沿った線であり、III−III線は、1つの切り欠き部14を通る、II−II線に垂直な方向に伸びる線である。
FIG. 1 is a top view of a
熱伝導シート11は、厚さが約50μmのグラファイトシート12の両面に、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと記す)からなる厚さが約10μmの絶縁シート13が1枚ずつ貼り合わされて構成されている。絶縁シート13のグラファイトシート12と対向する面には、例えば、アクリル系樹脂よりなる粘着材(図示せず)が設けられている。絶縁シート13およびグラファイトシート12は、ともに矩形の形状を有している。絶縁シート13はグラファイトシート12よりも大きな形状を有している。絶縁シート13の端部において、グラファイトシート12が無い部分の絶縁シート13同士を、粘着材により接着することにより、グラファイトシート12が封止される。なお、グラファイトシート12は、例えば高分子フィルムの熱分解によって形成される。
The heat
グラファイトシート12には、それぞれが矩形の形状を有しかつグラファイトシート12を貫通する、複数個の切り欠き部14が直線状に並んで配置されている。この切り欠き部14の並んでいる方向の長さをL、切り欠き部14と切り欠き部14との間の長さをSとして、L=10mm、S=5mmとしている。またこの切り欠き部14の内側では、絶縁シート13同士が粘着材により接着されている。接着された絶縁シート13の一方には、切り欠き部14に対応して凹部16が形成される。
In the
本実施の形態のように複数個の切り欠き部14を直線状に並べで配置させたグラファイトシート12の両面に、絶縁シート13を貼り合わせた熱伝導シート11では、切り欠き部14に沿った線で容易に折り曲げることができる。そのため、例えば電池セルへの熱伝導シート11の貼り合わせを容易とすることができる。グラファイトシート12は面方向への熱伝導性に優れるため、切り欠き部14があっても、当該切り欠き部14以外の部分で熱を十分に伝えることができる。そのため、グラファイトシート12を電池セルに貼り合わせた場合、側面から底面に熱を伝え、筐体を通じて放熱することができる。
In the thermally
切り欠き部14の長さLとし、切り欠き部14と切り欠き部14との間の長さをSとする。このとき、LとSとの関係を、
The length L between the
とすることがより望ましい。L/(L+S)が0.5よりも小さくなると、折り曲げ性がやや劣ってくることがあり、逆に0.9よりも大きくなると、熱伝導性を阻害しやすくなるためである。 It is more desirable to When L / (L + S) is smaller than 0.5, the bendability may be slightly deteriorated, and conversely, when it is larger than 0.9, the thermal conductivity is easily inhibited.
また切り欠き部14の並んでいる方向とは垂直な方向の切り欠き部14の幅をWとし、グラファイトシート12の厚さをT1、絶縁シート13の厚さをT2としたとき、
When the width of the notched
とすることがより好ましい。Wが2・(T1+2・T2)よりも小さくなると折り曲げにくくなり、10・(T1+2・T2)よりも大きくなると強度が劣化しやすく、また熱伝導性を阻害しやすくなるためである。なお、上記熱伝導シート11に関しては、T1≒50μmであり、T2≒10μmである。
It is more preferable to When W is smaller than 2 · (T1 + 2 · T2), it becomes difficult to bend, and when it is larger than 10 · (T1 + 2 · T2), the strength is easily deteriorated and the thermal conductivity is easily inhibited. In the heat
なお、切り欠き部14の内側では、図2に示すように、絶縁シート13同士が接合されていることが望ましい。さらに、切り欠き部14の内側の絶縁シート13には、図4に示すように凹部16の代わりに貫通穴17が形成されていることがより好ましい。貫通穴17を形成することにより、例えば電池セルに貼り合わせるときに空気を巻き込んでも貫通穴17から空気を逃がすことができ、電池セルに熱伝導シートを密着させることができる。なお、図4は、図2に示す断面図に対応する断面図である。
In addition, as shown in FIG. 2, it is desirable that the
熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における断面形状については、以下の変形例1〜4の場合も可能である。また、熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における上面形状については、変形例5〜7の場合も可能である。
About the cross-sectional shape in the
(変形例1)
変形例1にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における断面形状として、図5Aに示す形状も可能である。この図5Aにおいては、貼り合わせる2枚の絶縁シート13のうち、他方にある絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所に窪み18が設けられた構成である。他の構成要件は、上記図2の場合と同様である。(Modification 1)
The shape shown to FIG. 5A is also possible as a cross-sectional shape in the
(変形例2)
変形例2にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における断面形状として、図5Bに示す形状も可能である。この図5Bにおいては、貼り合わせる2枚の絶縁シート13のうち、一方の絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所に三角形状の溝19が設けられた構成である。(Modification 2)
As a cross-sectional shape in the
なお、他方の絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所に窪み18がなく、フラットな形状であってもよい。
The other insulating
また、三角形状の溝19について、絶縁シート13を貫通してもよい。この場合、熱伝導シート11を例えば電池セルに貼り合わせるときに空気を巻き込んだとしても、溝19から空気を逃がすことができ、電池セルに熱伝導シート11を密着させることができる。
In addition, the insulating
(変形例3)
変形例3にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における断面形状として、図5Cに示す形状も可能である。この図5Cにおいては、貼り合わせる2枚の絶縁シート13のうち、一方の絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所にスリット20が設けられた構成である。このスリット20は、絶縁シート13に切り込みを設けることで形成される。(Modification 3)
As a cross-sectional shape in the
なお、他方の絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所に窪み18がなく、フラットな形状であってもよい。
The other insulating
(変形例4)
変形例4にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における断面形状として、図5Dに示す形状も可能である。この図5Dにおいては、図5Cにかかるスリット20が絶縁シート13を貫通した構成である。この場合、熱伝導シート11を例えば電池セルに貼り合わせるときに空気を巻き込んだとしても、スリット20から空気を逃がすことができ、電池セルに熱伝導シート11を密着させることができる。(Modification 4)
As a cross-sectional shape in the
なお、他方の絶縁シート13について、切り欠き部14に対応する箇所に窪み18がなく、フラットな形状であってもよい。
The other insulating
(変形例5)
変形例5にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における平面形状として、図6Aに示す形状も可能である。この図6Aについては、切り欠き部14の端部の角が取れて丸みを帯びた形状である。(Modification 5)
The shape shown to FIG. 6A is also possible as a plane shape in the
(変形例6)
変形例6にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における平面形状として、図6Bに示す形状も可能である。この図6Bについては、切り欠き部14の端部が半円形の形状である。(Modification 6)
The shape shown to FIG. 6B is also possible as a plane shape in the
(変形例7)
変形例7にかかる熱伝導シート11の、切り欠き部14およびその近傍における平面形状として、図6Cに示す形状も可能である。この図6Cについては、切り欠き部14の端部が角張った形状である。(Modification 7)
The shape shown to FIG. 6C is also possible as a plane shape in the
なお、この切り欠き部14の、端部が角張った形状は、図6A〜Cに限られず、様々な形状が可能である。
In addition, the shape by which the edge part of this
(第2の実施形態)
次に本開示の第1の実施形態にて説明した熱伝導シートを用いた電池パックについて説明する。Second Embodiment
Next, a battery pack using the heat conduction sheet described in the first embodiment of the present disclosure will be described.
図7は、第1の実施形態における熱伝導シート11を用いた、2次電池である電池セル21の斜視図である。また、図8は、電池セル21を、図7のVIII−VIII線を含む熱伝導シート11の主面に垂直な面で切った断面図である。図7のVIII−VIII線は、熱伝導シート11の長手方向沿った線分である。図9は、図8に示す電池セル21により構成される電池パック22の概略図である。
FIG. 7 is a perspective view of a
電池パック22は、金属製の筐体23の中に、複数個の電池セル21が配置、固定されることによって構成される。電池セル21の大きさは幅約150mm、高さ約100mm、厚さ約20mmとなっている。各々の電池セル21には熱伝導シート11が貼り合わせられている。電池セル21は角型リチウムイオン電池であり、その端子電極24は上面に設けられている。熱伝導シート11は、電池セル21の一方の側面から、底面にかけて貼り合わされている。なお、電池セル21は、その底面が熱伝導シート11を介して筐体23と接している。
The
この熱伝導シート11はグラファイトシート12の全体を絶縁シート13で挟んで封止したものである。グラファイトシート12には複数個の切り欠き部14が直線状に並んで配置されており、この切り欠き部14が並んでいる部分で折り曲げられている。この熱伝導シート11の折り曲げられている部分が、電池セル21の側面と底面との境界(角部)にくるように熱伝導シート11が電池セル21に貼り合わせられている。このようにすることで、熱伝導シート11を切り欠き部14の領域で簡単に折り曲げることができ、電池セル21の側面から底面にかけて熱伝導シート11を容易に貼り合わせすることができる。そのため電池セル21内の温度分布を小さくできるとともに、電池セル21の底面から筐体23に熱を逃がすことにより、電池セル21の全体の温度を下げることができる。
The heat
なお、熱伝導シート11は電池セル21の一方の側面から、底面、さらにもう一方の側面にかけて貼り合わされても良い。このようにすることによりさらに電池セル21内の温度分布を小さくすることができる。
The heat
なお、上記第1および第2実施形態において、熱伝導シート11を矩形としたが、矩形に限らず、電池セル21の形状に応じ、三角形や六角形等の多角形でもよく、円や楕円、扇形の形状を有していてもよい。
In the first and second embodiments, although the
また、上記第2の実施形態として、電池セル21を例として説明したが、発熱体として、電池セル21以外でもよい。
Moreover, although the
(第3の実施形態)
次に本開示の第3の実施形態における熱伝導シートと、それを用いた電池パックについて説明する。Third Embodiment
Next, a thermally conductive sheet according to a third embodiment of the present disclosure and a battery pack using the same will be described.
図10は、本開示の第3の実施の形態における熱伝導シート15の上面図である。この熱伝導シート15と、第1の実施形態にかかる熱伝導シート11との違いは、切り欠き部14が2列に配列されている点である。この切り欠き部14の配列は、以下に示すように、電池セル21の下部の角部に対応して設けられている。熱伝導シート15を構成する材料および断面構造は、第1の実施形態で説明した熱伝導シート11と同様である。なお、熱伝導シート15は電池セル21の一方の側面から、底面、さらにもう一方の側面にかけて貼り合わされている。このようにすることによりさらに電池セル21内の温度分布を、さらに小さくすることができる。
FIG. 10 is a top view of the
図11は、熱伝導シート15を用いた、2次電池である電池セル21の斜視図である。また、図12は、電池セル21を、図11のXII−XII線を含む熱伝導シート15の主面に垂直な面で切った断面図である。図11のXII−XII線は、熱伝導シート15の長手方向沿った線分である。図13は、図11に示す電池セル21により構成される電池パック22の概略図である。
FIG. 11 is a perspective view of a
電池パック22は、金属製の筐体23の中に、複数個の電池セル21が配置、固定されることによって構成される。電池セル21の大きさは幅約150mm、高さ約100mm、厚さ約20mmとなっている。各々の電池セル21には熱伝導シート15が貼り合わせられている。電池セル21は角型リチウムイオン電池であり、その端子電極24は上面に設けられている。熱伝導シート15は、電池セル21の一方の側面から、底面および他方の側面にかけて貼り合わされている。なお、電池セル21は、その底面が熱伝導シート15を介して筐体23と接している。
The
この熱伝導シート15はグラファイトシート12の全体を絶縁シート13で挟んで封止したものである。グラファイトシート12には複数個の切り欠き部14が直線状に並んで配置されており、この切り欠き部14が並んでいる部分で折り曲げられている。この熱伝導シート15の折り曲げられている部分が、電池セル21の2つの側面と底面との境界(角部)にくるように熱伝導シート15が電池セル21に貼り合わせられている。このようにすることで、熱伝導シート15を切り欠き部14の領域で簡単に折り曲げることができ、電池セル21の側面から底面にかけて熱伝導シート15を容易に貼り合わせすることができる。そのため電池セル21内の温度分布を小さくできるとともに、電池セル21の底面から筐体23に熱を逃がすことにより、電池セル21の全体の温度を下げることができる。
The heat
なお、上記第1〜第3実施形態において、熱伝導シート11または熱伝導シート15の形状を矩形としたが、当該形状は矩形に限らず、電池セル21の形状に応じ、三角形や六角形等の多角形でもよく、円や楕円、扇形の形状を有していてもよい。
In the first to third embodiments, the heat
また、熱伝導シート11または熱伝導シート15における切り欠き部14の数は、1でもよく、2以上であってもよい。切り欠き部14の代わりに例えば貫通しない凹部を設けてもよい。熱伝導シート11または熱伝導シート15の上面からみた切り欠き部14の形状としては、矩形や図6A〜Cの形状に限らず、三角形や五角形、六角形といった多角形でもよく、円や楕円またはそれらが連なった形状でもよい。
Moreover, the number of the
また、本開示の熱伝導シート11または熱伝導シート15の大きさは、上記実施形態の場合に限定されず、様々な大きさが可能である。
Moreover, the magnitude | size of the heat
また、絶縁シート13として、PETを例に説明したが、PETに限らず、ポリイミドのような耐熱性樹脂を用いることも可能である。
Moreover, although PET was demonstrated to the example as the insulating
また、絶縁シート13がPETの場合、絶縁シート13どうしを熱により圧着することも可能である。
Moreover, when the
また、上記第2および第3の実施形態として、電池セル21を例として説明したが、発熱体として、電池セル21以外でもよい。例えば、スマートフォンに搭載されるICチップの場合でも本開示の熱伝導シートを用いることができる。また、発熱部品であるパワーモジュールに対しても本開示の熱伝導シートを用いることができる。
Moreover, although the
なお、熱伝導シート11または15は、グラファイトシート12を、絶縁シート13で挟んで封止することにより形成されるが、当該封止の仕方の一例として、図14に示すように2枚の絶縁シート13でもってグラファイトシート12全体を挟んでもよい。また、別の封止の仕方の例として、図15に示すように、1枚の大きな絶縁シートの上にグラファイトシートを戴置して、グラファイトシートの長辺または短辺にて絶縁シートを折り返してグラファイトシートを挟むようにしてもよい。
The
本開示に係る熱伝導シートおよびこれを用いた電池パックは、熱伝導シートとしてグラファイトシートの両面に絶縁シートが貼り合わせられたものを用いても、電池セルの一面から直交する別の面にかけて容易に貼り合わせすることができる。それにより、信頼性の高い電池パックを得ることができ、産業上有用である。 The thermally conductive sheet according to the present disclosure and the battery pack using the same can be easily extended from one surface of the battery cell to another surface orthogonal to the other even when insulating sheets are bonded to both surfaces of a graphite sheet as the thermally conductive sheet. Can be attached to Thus, a highly reliable battery pack can be obtained, which is industrially useful.
11,15 熱伝導シート
12 グラファイトシート
13 絶縁シート
14 切り欠き部
16 凹部
17 貫通穴
18 窪み
19 溝
20 スリット
21 電池セル
22 電池パック
23 筐体
24 端子電極DESCRIPTION OF
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